某水电站增效扩容改造初步设计报告

1、工程设计证号工程设计证号 湖南省湖南省 xx 县县 xx 河河坝坝电电站站增增效效扩扩容容工工程程 初步设计报告初步设计报告 湖南省湖南省 xx 市水利水电勘测设计院市水利水电勘测设计院 二二 o 一二年三月一二年三月 目目 录录 1 综合说明综合说明.1 1.1 现状分析与评价.1 1.2 水文.6 1.3 工程地质.7 1.4 工程任务和规模.7 1.5 水工建筑物设计及复核.10 1.6 发电机与水力机械.10 1.7 电气设备改造设计.11 1.8 金属结构.12 1.9 消防及暖通设计.12 1.10 施工组织设计.13 1.11 工程管理.13 1.12 工程概算.14 1.13

2、经济评价.14 1.14 附工程特性表 .16 2 现状分析与评价现状分析与评价.19 2.1 电站现状分析.19 2.2 电站综合能效评价.22 2.3 电站技术改造目标与内容.24 3 水文计算及水能复核水文计算及水能复核.25 3.1 流域概况.25 3.2 气象.25 3.3 水文基本资料.25 3.4 径流计算.25 3.5 水能复核计算.29 3.6 水利水能.34 4 工程地质工程地质.36 4.1 区域地质概况.36 4.2 地震及区域构造稳定性.36 4.3 库区工程地质评价.36 4.4 主要建筑物工程地质评价.37 5 工程任务与规模工程任务与规模.38 5.1 工程基本

3、情况.38 5.2 电站技术改造任务.38 5.3 洪水标准和防洪特征水位选择.39 5.4 电站改造装机规模.39 6 水工建筑设计及复核水工建筑设计及复核.43 6.1 设计依据.43 6.2 水库枢纽建筑物.44 6.3 电站建筑物现状及存在的问题.45 6.4 发电进水涵洞复核计算发电进水涵洞复核计算.45 6.6 厂区建筑物厂区建筑物.47 7 水力机械水力机械.49 7.1 发电机及水力机械存在的主要问题.49 7.2 发电机及水力机械改造方案.49 7.3 调速器和进水主阀改造设计.54 7.4 水力机械辅助设备改造设计.54 7.5 采暖通风.55 7.6 水力机械改造设备汇总

4、表.55 8 电气设备电气设备.57 8.1 电气一次改造设计.57 8.2 电气二次.58 9 金属结构金属结构.59 9.1xx 河坝电站金属结构现状.59 9.2xx 河坝电站金属结构改造方案.59 9.3xx 河坝金属结构改造情况.59 9.4xx 河坝电站金属结构改造设计.59 10 消防消防.60 10.2 消防设计依据和原则.60 10.3 工程消防设计.60 11 施工组织设计施工组织设计.64 11.1 施工条件.64 11.2 主要工程内容.64 11.3 施工进度计划.64 12 工程管理工程管理.66 12.1 管理机构.66 12.2 工程管理范围和设施.66 12.

5、3 管理经费.67 12.4 工程管理运用.67 13 工程概算工程概算.70 13.1 基本情况.70 13.2 编制说明.70 13.3 工程投资.71 14 经济评价经济评价.73 14.1 基本依据和基础资料.73 14.2 财务评价.73 14.3 国民经济评价.74 14.4 评价结论.74 1 综合说明综合说明 1.1 现状分析与评价现状分析与评价 1.1.1 工程基本情况工程基本情况 xx 河水闸位于湘江一级支流紫水 xx 河上游 xx 县大庙口境内，距 xx 县城 35 km，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的水利工程。设计灌溉面积 2.7 万亩，防洪保护农田 2.

6、1 万亩、人口 15000 人。水闸电站厂房 2 处，总装机容量为 825kw。 xx 河水闸建于 1967 年，主要由坝内引水涵管、拦河闸、冲砂底孔、坝后电站厂 房等建筑物组成。 拦河坝为浆砌石重力坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，总长 84.5m。非溢流坝段 分为左、右岸坝段，左岸挡水坝段长 15.0m，坝顶高程 281.2m，坝顶宽 3.5m，最大坝 高 31.4m。右岸厂房坝段长 23.0m，坝顶高程 276.3m。 溢流段总长 46.5m，溢流前缘净宽 44.0m，堰顶高程 276.3m，最大堰高 26.5m。堰 面为 wes 曲线，下接 1:0.8 的直线段，下游采用挑流消能，反弧半

7、径 7m，挑射角 25，挑流鼻坎高程 263.2m，鼻坎宽度 35.2m。 在大坝迎水面设置有混凝土防渗面板，防渗板由多次加固而成，各处厚度不一， 顶部至 264m 高程，厚约 3.5m，向下逐渐变薄，至 276.6m 厚仅 0.5m，至 273.6m 厚皆 为 0.5m，从 273.6m 至坝基约 1.2m。防渗面板设计标号 c15，面板布有 6 温度钢筋， 纵横间距各为 30cm。整个防渗面板设有 1 条伸缩缝。 溢流面设有厚 0.4m 的 c20 砼溢流面板，面板里布置有 12 温度钢筋，纵横间距 均为 30cm。 冲砂底孔布置于大坝左端，进口底板高程 264.8m，断面为城门型，宽 1

8、m，直墙 高 1m，园拱半径为 0.5m，涵身与坝轴线垂直线成左偏 15夹角。整个涵身才用石灰 石粗条石砌筑而成，管长 28m，目前已封堵废弃。 原发电引水管（即低涵）位于溢流坝的右端，为直径 1m 的钢筋混凝土压力管，进 口高程 257.8m，管长 21.62m，进口 14.45m 长与坝轴线垂直，后 7.17m 右转 24，管 身为砼预制管，管壁厚 0.12m。进口设钢质平板直升式检修闸门，由 15t 手摇丝杆启 闭机启闭。1987 年新建发电输水涵后，已将此涵变为了冲砂底孔。 灌溉引水管（即高涵）位于大坝左端，为浆砌石箱型涵，进口高程 269.92m，断面 尺寸为 0.5m0.7m。进口

9、设钢质平板直升式工作闸门，由 5t 手摇丝杆启闭机启闭。 1987 年新建发电、灌溉引水涵管位于大坝右端，进口高程 261.8m，为钢筋砼衬砌 的圆管，主管直径 1.5m，出口分为三根岔管，2 根发电管，管内径为 0.8m，1 根灌溉 管，管内径为 0.7m。涵管进口设钢质平板直升式工作闸门，由 5t 手摇丝杆启闭机启 闭。 电站厂房 2 处，其中坝后电站装机容量为 2*250kw，发电尾水进入河床，电站设 计水头 19.5m。渠首电站装机容量为 200+125kw，发电尾水进入引水渠，电站设计水 头 17m。 电站水轮发电机组目前已运行 30 多年，由于水轮机过流部件受高速含沙水流的 冲击、

10、空蚀磨蚀破坏较严重，辅助设备老化，近年来出现了较多的问题，机组效率大 幅降低，发电量逐年减少，电站设计年发电量 220 万 kwh，近 10 年来实际最高年发电 量 198 万 kwh（2003 年） ，最低年发电量 102 万 kwh（2007 年） ，年均发电量 164.5 万 kwh。 1.1.2 电站运行现状电站运行现状 xx 河坝电站设计装机 4 台，总容量 825 kw。经现场检查和查阅资料，电站运行 现状归纳如下： 电站水工建筑物陈旧，但基本能满足发电运行要求。 机组出力效率明显降低。目前电站 1#机组是上世纪 80 年代的产品，运行至今 已有 30 多年，现出力只有 60%左右

11、。坝后电站 2#机组容量 200kw，水轮机转轮磨耗 严重，最大出力 150 kw，且发电机在出力 140kw 左右发热严重，机组效率水平为 75%；3#机组存在与 2#机同样现象，在设计水头工况（设计水头 hr=17m 时）最大出 力 200 kw，机组效率水平为 80%。近年来，由于机组空蚀磨蚀严重，设备老化等因素， 机组出力逐年下降，目前，在水库处正常水位，水轮机过额定设计流量时，4#机组出 力 200 kw 左右，机组出力降低 1520%左右，机组效率水平已低于 75%。 水轮机组检修工作量逐年增大。机组都存在振动过大，检修难度大，费用过高， 同时造成设备临检而不能发电；厂家制造工艺较

12、差，机组水导处止水密封漏水严重， 水导油盆经常进水，水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，每年的检修费用很大。 机组和电气设备已超过使用期限，严重老化，故障率高。发电机组、主变压器、 控制保护设备、起重设备都是上世纪 70 年代出厂产品，老化严重，有些配件已难以采 购，电站虽能勉强维持运转，但故障率高，运行状况差，维修任务大，停电时间长， 急需要更新改造。 1.1.3 电站存在的主要问题电站存在的主要问题 xx 河坝电站自 1979 年投产以来，已运行 30 多年，鉴于电站建设时机电设备的 制造技术水平较低，以及运行时间长，设备老化磨损严重，电站主要在设备方面存在 诸多问题。 水轮机空蚀、磨蚀

13、破坏严重 水轮机转轮叶片磨损严重。水轮机转轮的材质为普通碳钢，抗空蚀能力低，目 前，检查发现叶片及下环的空蚀和泥沙磨损较严重，叶片背面的空蚀部位已被气蚀成 蜂窝状。 转轮密封间隙过大。由于水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，既造成较 大的容积损失，同时又造成设备临检而不能发电。 机组出力、效率逐年下降 由于上世纪早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少， 电站只能“套用”相近转轮；其主要能量指标(单位流量、单位转速、模型效率)都比较低。 因而使机组偏离电站实际运行参数，导致水轮机偏离高效率区，造成机组运行的平均 效率低、耗水量大，水能资源未能得到充分利用的。本电站水轮机组新

14、机时的效率大 约为 80%，由于水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增大，目前机组效率 已大幅下降。 xx 河坝电站原调速器型号为 yt 系列，经过多年运行，调速器控制元件磨损老 化、调节失灵；调速器是上世纪中生产的老式产品，备品备件无处采购，修复难度很 大。现全部更换为微机调速器，型号 ywt 系列，调速功 300-600kgm。 电气设备老化，故障率高。电站主变压器三台，型号分别为 s7-315/400v2 台和 s7-400/400v，均是上世纪 80 年代产品；高压开关柜、控制保护设备都是老式产品， 继电器、控制仪表、测量仪表全部是机械式产品，技术水平低，且运行时间长，已严 重老

15、化，运行中故障率高，耗电量大，既不安全，又不节能，难以适应电站安全经济 运行要求。 1.1.4 电站综合能效评价电站综合能效评价 1、电站水能利用评价 xx 河水闸闸址以上控制集雨面积 78.63km2, 干流长度 17.3km，干流坡降 44。 多年平均降雨量 1715mm，多年平均蒸发量 1462.6mm。电站设计装机 825kw，设计多 年平均发电站 220 万 kwh， 20022011 年电站实际年平均发电量 164.5 万度。根据电 站水能计算，xx 河坝电站坝址控制集雨面积 78.63km2，多年平均流量 1.77m3/s，水能 利用率仅 60%左右。由此可见，本站水能利用率是很

16、低的，对 xx 河坝电站增效扩容 改造十分必要。 2、机组运行效率评价 目前电站 1#机组水轮机型号为 zd661-lmy-60，配套发电机型号为 tsn59/41-8， 额定转速 750r/min，额定功率 125kw，额定功率因数 0.8（滞后） ，额定电压 0.38kv， 湖南 xx 县水电设备厂出品，为 1972 年 9 月的产品，运行至今已有 30 年，现出力只 有 50%左右，达到了报废标准。2#机组容量 200kw，水轮机型号均为 hl123-wj-50， 配套发电机型号为 tswn85/3，额定转速 750r/min，额定功率 200kw，额定功率因数 0.8（滞后） ，额定电

17、压 0.4kv，2 台水轮发电机组均为邵阳市水轮发电机厂 1979 年的产 品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力 150 kw，且发电机在出力 140kw 左右发热严重， 坝后电站 3#、4#机组容量 250kw，水轮机型号均为 hl260-wj-60，配套发电机型号为 tswn90-19，额定转速 750r/min，额定功率因数 0.8（滞后） ，额定电压 0.4kv，2 台水 轮发电机组均为为邵阳市水轮发电机厂 1979 年的产品，水轮机转轮磨耗严重，最大出 力 200 kw，且发电机在出力 210kw 左右发热严重，机组效率水平为 80%。由于机组出 力效率低，单位电能耗水率大大增加，电站发

18、电量大幅度减少，严重影响了电站经济 效益的发挥。 3、电站增效扩容的可行性评价 xx 河坝电站设计装机 825kw，设计多年平均发电站 220 万 kwh， 20022011 年 电站实际年平均发电量 164.5 万度。通过技术改造，电站装机容量为 1000kw，多年平 均发电量可达 290.8 万 kwh，比原设计年增加发电量 70.8 万 kwh，增加比例为 32%； 比 20022011 年电站实际年平均发电量 164.5 万度增加发电量 126.3 万 kwh，增加比例 为 76.8%。 水量能满足增发电量要求。xx 河坝电站发电多年平均可用水量 6528 万 m3，改 造后发电量 2

19、90.8 万 kwh，需要供水量 4587 万 m3。 引水建筑物能满足输送流量要求。发电输水涵洞位于非溢流坝的右坝段，为钢 筋砼圆形涵管，内径为 1.5m，长 25m，进口底板高程为 261.8m，原设计引用流量 6m3/s，设计流速为 3.39m/s，扩容后设计引用流量 6m3/s，流速为 3.39m/s，属经济流速 范围，无需改造。 厂房及升压站建筑物结构尺寸能满足技术改造要求。本次技术改造水轮发电机 组台数减小 1 台，主变压器台数不变，高低压配电屏柜及辅助设备台数与原来基本相 同，控制保护采用微机自动化装置，屏柜台数还有所减少，厂房及升压站原有建筑物结 构及尺寸都能满足改造要求。 更

20、换水轮发电机组，出力效率会大幅度提高。原有 3#、4#水轮机组因老化磨蚀 严重，出力效率降至 77%左右，更换新机组后，机组综合出力效率可达到 92%，与现 状相比，机组出力效率可增加 15%。 电量上网不存在问题。xx 河坝电站电力输入 xx 县电网，xx 县电网与湖南省 电网已连网。xx 县电网电力总装机容量达到 100mw，用电负荷达到 116mw，年用 电量达到 6 亿 kwh。xx 河坝电站改造后比原设计年增加电量约 70 万 kwh，对电网影 响微小，且电站有水库调节，发电稳定，是优质电，电网将优先接纳，故增效改造后 增加电量上网不存在问题。 从以上分析说明，xx 河坝电站进行增效

21、改造的条件基本上能满足，所以，对 xx 河坝电站进行增效扩容改造是可行的。 1.1.5 电站技术改造目标与内容电站技术改造目标与内容 1、电站技术改造目标 xx 河坝电站增效扩容改造主要目标为： 通过增效扩容改造，消除电站安全隐患，减小不合理的装机，提高电站经济效 益； 水轮发电机组综合效率由原设计 82%提高到 90%； 多年平均发电量由原设计 250 万 kwh 增加到 290.8 万 kwh，增加发电量 70.8 万 kwh，增加比例为 32%。较改造前 10 年实际平均年发电量 164.5 年 kwh 增加发电量 190.6 万 kwh，增加比例为 76.8%。 2、电站技术改造内容

22、电站技术改造主要项目如下： （一）水力机械 水轮机改造。水轮机更换 3 台，拆除 1 台。 发电机更换。发电机更换 3 台，拆除 1 台。 水轮机调速器更换。调速器 3 台，拆除 1 台。 油、气、水系统设备及管路更换。 （二）电气设备更新改造 高低压配电装置更换。包括 10.5kv 厂用变、10kv 高压开关柜、400v 低压配电 屏。 控制保护设备更换。包括发电机组及调速器机旁屏柜、微机控制保护装置、微机 监控装置、自动化装置、直流系统装置、工业电视装置、通信系统装置等。 升压站设备更换。包括主变压器 3 台、断路器、电压互感器、电流互感器、隔离 开关、避雷器等。 1.2 水文水文 1.2

23、.1 流域概况 xx 河坝位于湘江一级支流紫水河上游， ，地处 xx 县大庙口境内，距 xx 县 35km。闸址以上控制集雨面积 78.63km2, 干流长度 17.3km，干流坡降 44。 1.2.2 气象 河坝电站属亚热带大陆季风湿润气候，热量充足，四季交替分明。灌区多年平均 气温 13.718.4，多年平均日照为 1523.3h，多年平均降雨量 1715mm，多年平均 蒸发量 1462.6mm。 1.2.3 径流 xx 河坝坝址逐月平均流量直接从省勘测设计总院 2009 年编的湖南省 xx 县芦 江水库初步设计报告引用，然后通过水文比拟法求得 xx 河坝坝址逐月平均流量。 结果见表 13

24、。 表表 13 xx 河坝坝址各典型年径流河坝坝址各典型年径流 m3/s 频率典型年1 月2 月3 月4 月5 月6 月7 月8 月9 月10 月11 月12 月 19700.45 1.01 3.54 4.11 7.09 3.70 2.38 2.91 3.96 4.21 0.60 2.39 10%丰水年0.45 1.01 3.56 4.12 7.12 3.72 2.38 2.92 3.97 4.22 0.60 2.40 19851.18 4.52 3.12 3.04 1.65 1.98 2.34 2.66 2.04 0.83 1.15 0.98 50%平水年1.18 4.54 3.14 3.0

25、5 1.65 1.99 2.35 2.67 2.05 0.84 1.16 0.99 19691.08 0.60 1.66 1.30 3.96 1.20 0.24 1.33 0.15 2.00 0.62 0.15 90%枯水年1.08 0.60 1.68 1.31 3.99 1.21 0.25 1.34 0.15 2.02 0.62 0.15 1.3 工程地质工程地质 1.3.1 区域地质概况区域地质概况 河坝位于 xx 河流域干流上，在 xx 舜皇山林区，属萌渚岭山系的一部分，境内 大部分的山地在海拔 2001000m 之间，群山连绵，河流溪沟曲折蜿蜒，两岸山坡陡峻， 基岩裸露，属侵蚀中低山地

26、貌类型。 根据安全评价地勘，xx 河拦河坝地层分为二层，层为紫红色中厚层状石英砂岩， 呈强弱风化状态，节理裂隙发育，岩石较破碎，透水性较大，多在 12.533lu，为 中等透水岩带，透水带厚度 510m。层为弱风化基岩区，紫红色中厚层状砂岩，岩 体相对完整，透水性相对较小。 1.3.2 主要建筑物工程地质条件主要建筑物工程地质条件 1.3.2.1 库区工程地质 库区为高山峡谷地形，库岸山体极为雄厚，库盆由砂岩组成，渗透性较弱，水库 无渗漏之忧。 库岸基岩裸露，因节理发育，岩体较破碎，山坡表层的残坡积层在重力、水文气 象等因素作用下，局部的小型坍塌、滑坡对水库影响不大，库岸基本稳定。坝两岸山 坡

27、陡峻，山体雄厚，森林茂密，两岸山坡稳定，不会有较大的塌方发生。 1.3.2.2 厂址主要工程地质问题及评价 厂房座落于上坝后阶地上，阶地地势较平缓，斜坡 1015。 地表覆盖层为第四系全新统冲积层（alqh）砂质壤土，砾卵石夹砂厚 45 m，以 及坡积残积层（dl+elqh）粘土碎石，厚 23 m。下伏基岩，为石灰岩及其互层，岩层 产状 125/sw36,岩层节理发育，有 10/ne78及 60/nw0，eirr=22.33%12%。说明 项目经济上是有投资价值的，能给社会创造较高的产出。并根据敏感性分析可知，本 项目在国民经济评价中有着较强的抗风险能力。有较高的投资开发价值。 1.13.4

28、评价结论 经过分析，该电站增效扩容有良好的经济效和社会效益，可挖掘发展可再生能源、 促进节能减排，也可通过改造达到消除电站安全隐患、保障公共安全的需要。业主早 有改造之心，但业主无力依靠自身资金实力进行改造升级，希望本次能得到国家的支 持，业主愿意尽全力筹资对电站进行全面扩容改造，实现资源发挥最优效益。 1.14 附工程特性表附工程特性表 工程特性表工程特性表 指指 标标 序序 号号 及及 名名 称称单单 位位 技改前技改前本次技改本次技改 备备 注注 一、水文 1流域面积 工程地址（坝址）以上km278.678.6 2利用的水文系列年限年26501959-2010 3多年平均年径流量亿 m3

29、1.982.1 4特征流量m3/s 设计洪水标准及流量（p=2%）m3/s321坝址 校核洪水标准及流量（p=0.2%）m3/s543坝址 二、水能指标 装机容量kw8251000 保证出力（p=85%）kw85/280 多年平均发电量万 kw.h220290.8 近十年平均发电量万 kw.h164.5 年利用小时h 渠首电站 2025 坝后电站 3128 4工程永久占地hm2无增加 三、主要建筑物及设备 1引水坝 型式重力坝重力坝 坝顶高程m281.2281.2 最大坝高m3131.4 坝顶长度m84.584.5 2输水建筑物 进口高程m261.8261.8 涵洞全长m25.025.0 断面

30、（直径）m1.51.5钢筋砼圆形 设计引用流量m3/s66 闸门尺寸m1.71.7 工程特性表工程特性表 指指 标标 序序 号号 及及 名名 称称单单 位位 技改前技改前本次技改本次技改 备备 注注 4厂房 坝后电站厂房尺寸（长宽）mm18.58.218.58.2 渠首厂房尺寸（长宽）mm11.28.711.28.7 水轮机安装高程m 厂房地面高程m 5开关站 面积（长宽）mm20122012 6主要机电设备 渠首电站渠首电站 水轮机1 台hl123-wj-42 hla551cwj60 1 台zd661-lmy-60 拆除 发电机1 台tswn85/3 sfw200-8/850 1 台tsn5

31、9/741-8拆除 调速器台yt-300ywt-300 机型 台yt-300拆除 励磁1 台fkl-21新型号静止可控硅 坝后电站坝后电站 水轮机2 台 hl260-wj-60 hla551cwj71 发电机2 台 tswn90-19sfw400-12/990 调速器手动调速器sdt300 机型 励磁fkl-21新型号静止可控硅 额定电压kv0.40.4 主变压器型号 11 台 s7-400/10/0.4s11-250/0.4 主变压器型号 22 台 s7-1000/10/0.4s11-1000/0.4 工程特性表工程特性表 指指 标标 序序 号号 及及 名名 称称单单 位位 技改前技改前本次

32、技改本次技改 备备 注注 2主要建筑材料 水泥t74 砂子m3265 卵石m3281 块石m3339 钢筋t5.5 3所需劳动力 总工日工日0.78 4对外交通（公路） 距离km35xx 县城 5施工期限 总工期月6 八、经济指标 1静态总投资万元212.77 2总投资万元212.77 其中：建筑工程万元14.32 机电设备及安装工程万元159.94 金属结构及安装工程万元7.79 施工临时工程万元4.5 独立费用万元16.09 基本预备费万元10.13 建设征地地及移民安置补偿投资万元 水土保持工程万元 环境保护工程万元 3综合利用经济指标 水电站单位千瓦投资元 /kw 2127.7 单位电

33、度投资元 /kwh 1.68 发电成本元 /kwh 8.66 经济内部收益率%22.33 财务内部收益率%12.42 上网电价元 /kwh 0.3 投资回收期年7.5 2 现状分析与评价现状分析与评价 2.1 电站现状分析电站现状分析 2.1.1 工程基本情况工程基本情况 xx 河坝位于湘江一级支流紫水 xx 河上游 xx 县大庙口境内，距 xx 县城 35 km，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、发电等综合利用的水利工程。设计灌溉面积 2.7 万亩，防洪保护农田 2.1 万亩、人口 15000 人，发电厂房 2 处，总装机容量为 825kw。 xx 河坝建于 1967 年，主要由坝内引水涵管、拦河

34、闸、冲砂底孔、坝后电站厂房 等建筑物组成。 拦河坝为浆砌石重力坝，由溢流坝段和非溢流坝段组成，总长 84.5m。非溢流坝 段分为左、右岸坝段，左岸挡水坝段长 15.0m，坝顶高程 281.2m，坝顶宽 3.5m，最大 坝高 31.4m。右岸厂房坝段长 23.0m，坝顶高程 276.3m。 溢流段总长 46.5m，溢流前缘净宽 44.0m，堰顶高程 276.3m，最大堰高 26.5m。 堰面为 wes 曲线，下接 1:0.8 的直线段，下游采用挑流消能，反弧半径 7m，挑射角 25，挑流鼻坎高程 263.2m，鼻坎宽度 35.2m。 在大坝迎水面设置有混凝土防渗面板，防渗板由多次加固而成，各处厚

35、度不一， 顶部至 264m 高程，厚约 3.5m，向下逐渐变薄，至 276.6m 厚仅 0.5m，至 273.6m 厚皆 为 0.5m，从 273.6m 至坝基约 1.2m。防渗面板设计标号 c15，面板布有 6 温度钢筋， 纵横间距各为 30cm。整个防渗面板设有 1 条伸缩缝。 溢流面设有厚 0.4m 的 c20 砼溢流面板，面板里布置有 12 温度钢筋，纵横间距 均为 30cm。 冲砂底孔布置于大坝左端，进口底板高程 264.8m，断面为城门型，宽 1m，直墙 高 1m，园拱半径为 0.5m，涵身与坝轴线垂直线成左偏 15夹角。整个涵身才用石灰 石粗条石砌筑而成，管长 28m，目前已封堵

36、废弃。 原发电引水管（即低涵）位于溢流坝的右端，为直径 1m 的钢筋混凝土压力管， 进口高程 257.8m，管长 21.62m，进口 14.45m 长与坝轴线垂直，后 7.17m 右转 24， 管身为砼预制管，管壁厚 0.12m。进口设钢质平板直升式检修闸门，由 15t 手摇丝杆 启闭机启闭。1987 年新建发电输水涵后，已将此涵变为了冲砂底孔。 灌溉引水管（即高涵）位于大坝左端，为浆砌石箱型涵，进口高程 269.92m，断 面尺寸为 0.5m0.7m。进口设钢质平板直升式工作闸门，由 5t 手摇丝杆启闭机启闭。 1987 年新建发电、灌溉引水涵管位于大坝右端，进口高程 261.8m，为钢筋砼

37、衬 砌的圆管，主管直径 1.5m，出口分为三根岔管，2 根发电管，管内径为 0.8m，1 根灌 溉管，管内径为 0.7m，涵管进口设钢质平板直升式工作闸门，由 5t 手摇丝杆启闭机 启闭。 电站厂房 2 处，总装机容量为 825kw，其中渠首电站装机容量为 200+125kw，发 电尾水进入总干渠，电站设计水头 17m。坝后电站装机容量 2 台 250kw，发电尾水进 入河床，电站设计水头 19.5m。 设计多年平均发电站 220 万 kwh，近十年实际实际年平均发电量 164.5 万度。 xx 河坝近十年发电量统计表河坝近十年发电量统计表 年份发电量（万度）年份发电量（万度） 2002198

38、2007195 20031732008127 20041502009175 20052102010145 20061022011170 小计 833812 年均 164.5 2.1.2 电站运行现状电站运行现状 经现场检查和查阅资料，电站运行现状归纳如下： 电站水工建筑物陈旧，但基本能满足发电运行要求。大坝、发电输水涵洞、 冲砂导流涵洞及坝后厂房等已使用 30 多年，目前现场检测发现，因钢筋混凝土浇筑质 量差，且已运行多年，涵管砼剥蚀及露筋现象严重，并存在较多的环向裂缝，同时砼 强度达不到原设计的 c20 的强度等级。电站厂房是砖混结构建筑，较为陈旧，但厂房 未发现基础下沉、墙体开裂、屋顶漏水

39、等质量问题，基本能满足使用要求。升压站设 备基础和构架为低标号砼现浇，历经 30 多年的风雨侵蚀，有些表层砼已脱落，裸露出 钢筋，但没有出现下沉、变形等问题，表象较差，但能维持使用。 机组出力效率明显降低。目前电站 1#机组是上世纪 80 年代的产品，运行至今 已有 30 多年，现出力只有 60%左右。坝后电站 2#机组容量 200kw，水轮机转轮磨耗 严重，最大出力 150 kw，且发电机在出力 140kw 左右发热严重，机组效率水平为 75%；3#机组存在与 2#机同样现象，在设计水头工况（设计水头 hr=17m 时）最大出 力 200 kw，机组效率水平为 80%。近年来，由于机组空蚀磨

40、蚀严重，设备老化等因素， 机组出力逐年下降，目前，在水库处正常水位，水轮机过额定设计流量时，4#机组出 力 200 kw 左右，机组出力降低 1520%左右，机组效率水平已低于 75%。 水轮机组检修工作量逐年增大。4 台机组都存在振动过大，检修难度大，费用 过高，同时造成设备临检而不能发电；厂家制造工艺较差，机组水导处止水密封漏水 严重，水导油盆经常进水，水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，每年的检修费 用很大。 机组和电气设备已超过使用期限，严重老化，故障率高。发电机组、主变压器、 控制保护设备、起重设备都是上世纪 70 年代出厂产品，老化严重，有些配件已难以采 购，电站虽能勉强维持运转

41、，但故障率高，运行状况差，维修任务大，停电时间长， 急需要更新改造。 2.1.3 电站存在的主要问题 xx 河坝电站自 1979 年投产以来，已运行 30 多年，鉴于电站建设时机电设备的 制造技术水平较低，以及运行时间长，设备老化磨损严重，电站主要在设备方面存在 诸多问题。 水轮机空蚀、磨蚀破坏严重 水轮机转轮叶片磨损严重。水轮机转轮的材质为普通碳钢，抗空蚀能力低，目 前，检查发现叶片及下环的空蚀和泥沙磨损较严重，叶片背面的空蚀部位已被气蚀成 蜂窝状。 转轮密封间隙过大。由于水轴颈及轴瓦磨损严重造成水导振摆过大，既造成较 大的容积损失，同时又造成设备临检而不能发电。 机组出力、效率逐年下降 由

42、于上世纪早期编制的水轮机模型转轮型谱中可供各水头段选用的转轮型号少， 电站只能“套用”相近转轮；其主要能量指标(单位流量、单位转速、模型效率)都比较低。 因而使机组偏离电站实际运行参数，导致水轮机偏离高效率区，造成机组运行的平均 效率低、耗水量大，水能资源未能得到充分利用的。本电站水轮机组新机时的效率大 约为 80%，由于水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增大，目前机组效率 已大幅下降。 xx 河坝电站原调速器型号为 yt 系列，经过多年运行，调速器控制元件磨损老 化、调节失灵；调速器是上世纪中生产的老式产品，备品备件无处采购，修复难度很 大。现全部更换为微机调速器，型号 ywt 系列

43、，调速功 300-600kgm。 电气设备老化，故障率高。电站主变压器三台，型号分别为 s7-315/400v2 台和 s7-400/400v1 台，均是上世纪 80 年代未产品；高压开关柜、控制保护设备都是老式产 品，继电器、控制仪表、测量仪表全部是机械式产品，技术水平低，且运行时间长， 已严重老化，运行中故障率高，耗电量大，既不安全，又不节能，难以适应电站安全 经济运行要求。 2.2 电站综合能效评价电站综合能效评价 2.2.1 电站水能利用评价 xx 河水闸闸址以上控制集雨面积 78.63km2, 干流长度 17.3km，干流坡降 44。 多年平均降雨量 1715mm，多年平均蒸发量 1

44、462.6mm。电站设计装机 825kw，设计多 年平均发电站 220 万 kwh， 20022011 年电站实际年平均发电量 164.5 万度。根据电 站水能计算，xx 河坝电站坝址控制集雨面积 78.63km2，多年平均流量 1.77m3/s，水能 利用率仅 60%左右。由此可见，本站水能利用率是很低的，对 xx 河坝电站增效扩容 改造十分必要。 2.2.2 机组运行效率评价 目前电站 1#机组水轮机型号为 zd661-lmy-60，配套发电机型号为 tsn59/41-8，额 定转速 750r/min，额定功率 125kw，额定功率因数 0.8（滞后） ，额定电压 0.38kv，湖 南 x

45、x 县水电设备厂出品，为 1972 年 9 月的产品，运行至今已有 30 年，现出力只有 50%左右，达到了报废标准。2#机组容量 200kw，水轮机型号均为 hl123-wj-50，配 套发电机型号为 tswn85/3，额定转速 750r/min，额定功率 200kw，额定功率因数 0.8（滞后） ，额定电压 0.4kv，2 台水轮发电机组均为邵阳市水轮发电机厂 1979 年的产 品，水轮机转轮磨耗严重，最大出力 150 kw，且发电机在出力 140kw 左右发热严重， 坝后电站 3#、4#机组容量 250kw，水轮机型号均为 hl260-wj-60，配套发电机 型号为 tswn90-19，

46、额定转速 750r/min，额定功率因数 0.8（滞后） ，额定电压 0.4kv，2 台水轮发电机组均为为邵阳市水轮发电机厂 1979 年的产品，水轮机转轮磨耗 严重，最大出力 200 kw，且发电机在出力 210kw 左右发热严重，机组效率水平为 80%；分析其主要原因有： 水轮机运行工况偏离了最优工况。由本电站水轮机的实际运行范围也可以看到， 水轮机的过流能力偏小，而受发电机额定铭牌出力考核指标的需要，水轮机实际工作 在大流量、低效率和高空化区，把最优区排除在运行范围之外。由此产生的不良结果 是：水轮机空蚀严重、运行效率低、水流噪声偏大、稳定性差。 水轮机实际运行工况已处于限制点外的大流量

47、区，实际工作效率严重偏低。 hl123 机型在新机条件下，在单位转速 67.9r/min，单位流量 1.24m3/s 的实际工况点， 模型效率也只有 88.5%。考虑到上世纪 70 年代产品真机与模型在导叶数量和尾水管形 状等方面的差异，真机效率比模型要低 1-2%，大约为 86.5-87.5%。机组已运行 30 多 年，水轮机通流部件空蚀、磨蚀导致的水力损失逐渐增大，使得机组综合效率水平已 降至 80%。与现代水轮发电机效率水平 92%相比，相差近 12%。 2.2.3 电站增效扩容的可行性评价 xx 河坝电站设计装机 825kw，设计多年平均发电站 220 万 kwh， 20022011

48、年 电站实际年平均发电量 164.5 万度。通过技术改造，电站装机容量为 1000kw，多年平 均发电量可达 290.8 万 kwh，比原设计年增加发电量 70.8 万 kwh，增加比例为 32%； 比 20022011 年电站实际年平均发电量 164.5 万度增加发电量 126.3 万 kwh，增加比例 为 76.8%。 水量能满足增发电量要求。xx 河坝电站发电多年平均可用水量 6623 万 m3，改 造后发电量 290.8 万 kwh，需要供水量 4587 万 m3。 引水建筑物能满足输送流量要求。发电输水涵洞位于非溢流坝的右坝段，为钢 筋砼圆形涵管，内径为 1.5m，长 25m，进口底

49、板高程为 261.8m，原设计引用流量 6m3/s，经计算，属经济流速范围，可满足要求。 厂房及升压站建筑物结构尺寸能满足技术改造要求。本次技术改造水轮发电机 组台数减小 1 台，主变压器台数不变，高低压配电屏柜及辅助设备台数与原来基本相 同，控制保护采用微机自动化装置，屏柜台数还有所减少，厂房及升压站原有建筑物结 构及尺寸都能满足改造要求。 更换水轮发电机组，出力效率会大幅度提高。原有 3#、4#水轮机组因老化磨蚀 严重，出力效率降至 77%左右，更换新机组后，机组综合出力效率可达到 92%，与现 状相比，机组出力效率可增加 15%。 电量上网不存在问题。xx 河坝电站电力输入 xx 县电网

50、，xx 县电网与湖南省 电网已连网。xx 县电网电力总装机容量达到 100mw，用电负荷达到 116mw，年用 电量达到 6 亿 kwh。xx 河坝电站改造后比原设计年增加电量约 70 万 kwh，对电网影 响微小，且电站有水库调节，发电稳定，是优质电，电网将优先接纳，故增效改造后 增加电量上网不存在问题。 从以上分析说明，xx 河坝电站进行增效改造的条件基本上能满足，所以，对 xx 河坝电站进行增效扩容改造是可行的。 2.3 电站技术改造目标与内容电站技术改造目标与内容 2.3.1 电站技术改造目标 xx 河坝电站增效扩容改造主要目标为： 通过增效扩容改造，消除电站安全隐患，减小不合理的装机

51、，提高电站经济效 益； 水轮发电机组综合效率由原设计 80%提高到 90%； 多年平均发电量由原设计 220 万 kwh 增加到 290.8 万 kwh，增加发电量 70.8 万 kwh，增加比例为 32%。较改造前 10 年实际平均年发电量 164.5 年 kwh 增加发电量 126.3 万 kwh。 2.3.2 电站技术改造内容 电站技术改造主要项目如下： 2.3.2.1 水力机械设备更新改造 水轮机改造。水轮机更换 3 台，拆除 1 台。 发电机更换。发电机更换 3 台，拆除 1 台。 水轮机调速器更换。调速器 3 台，拆除 1 台。 油、气、水系统设备及管路更换。 2.3.2.2 电气

52、设备更新改造 高低压配电装置更换。包括 10.5kv 厂用变、10kv 高压开关柜、400v 低压配电 屏。 控制保护设备更换。包括发电机组及调速器机旁屏柜、微机控制保护装置、微机 监控装置、自动化装置、直流系统装置、工业电视装置、通信系统装置等。 升压站设备更换。包括主变压器 3 台、断路器、电压互感器、电流互感器、隔离 开关、避雷器等。 2.3.2.3 建筑物及设备基础更新改造 水轮发电机组基础改造。 水轮机调速器基础改造。 主变压器基础改造。 高压室、中控室屏柜基础改造。 发电机房、中控室、高压室建筑装修。 升压站构支架改造。 3 水文计算及水能复核水文计算及水能复核 3.1 流域概况流

53、域概况 xx 河坝位于湘江一级支流紫水河上游， ，地处 xx 县大庙口境内，距 xx 县 35km。闸址以上控制集雨面积 78.63km2, 干流长度 17.3km，干流坡降 44。 3.2 气象气象 电站属亚热带大陆季风湿润气候，热量充足，四季交替分明。灌区多年平均气温 13.718.4，多年平均日照为 1523.3h，多年平均降雨量 1715mm，多年平均蒸发量 1462.6mm。 3.3 水文基本资料水文基本资料 本次规划设计采用 2009 年 2 月湖南省水利水电勘测设计研究总院xx 河水闸安 全鉴定安全评价报告中的成果： xx 河水闸天然设计洪水成果河水闸天然设计洪水成果 表 3-1

54、 频率（%） 计算时间计算方法项目 0.223.33 qm(m3/s)453.0321.2294.3 本次成果推理公式 w总(万 m3)3.4 径流计算径流计算 3.4.1 径流径流 xx 河坝坝址逐月平均流量直接从省勘测设计总院 2009 年编的湖南省 xx 县芦 江水库初步设计报告引用，然后通过水文比拟法求得 xx 河坝坝址逐月平均流量。 结果见表 32。 对 xx 河坝坝址月平均流量系列进行排频计算。计算结果见表 33。 表表 32 xx 河坝坝址逐月平均流量表（一）河坝坝址逐月平均流量表（一） m3/s 一二三四五六七八九十十一十二平均 19590.10 2.

55、40 2.86 3.42 6.09 9.29 0.53 0.39 0.20 0.04 0.15 0.63 2.17 19600.36 0.20 4.42 2.41 6.40 1.08 0.17 9.19 0.32 0.28 0.86 1.15 2.24 19610.19 1.73 3.42 10.91 2.79 6.71 0.62 3.54 13.33 0.86 1.97 0.61 3.89 19620.68 0.22 1.56 4.40 5.40 8.31 1.66 1.42 7.18 2.94 0.71 0.45 2.91 19630.12 1.21 1.86 0.87 1.15 0.94

56、 0.25 0.14 0.07 0.06 0.79 0.65 0.68 19641.45 0.74 3.54 5.71 3.52 9.38 0.36 1.56 0.28 0.66 0.38 0.08 2.31 19650.06 0.21 1.65 5.18 3.06 1.23 0.12 0.23 0.08 0.22 2.30 1.68 1.34 19661.23 1.21 0.57 4.21 1.96 1.39 2.29 0.11 0.05 0.17 0.19 0.16 1.13 19670.15 1.64 2.42 3.09 3.45 1.23 0.31 0.44 1.31 0.17 0.9

57、3 0.80 1.33 19680.36 0.92 3.13 4.45 1.83 8.22 7.85 3.73 0.54 0.12 0.29 0.49 2.66 19691.08 0.60 1.66 1.30 3.96 1.20 0.24 1.33 0.15 2.00 0.62 0.15 1.19 19700.45 1.01 3.54 4.11 7.09 3.70 2.38 2.91 3.96 4.21 0.60 2.39 3.03 19710.39 0.68 1.04 1.37 1.84 2.71 0.18 0.57 0.39 0.15 0.07 0.08 0.79 19720.07 0.7

58、2 0.32 7.31 4.05 3.45 0.36 1.36 0.28 0.65 2.05 1.11 1.81 19731.88 1.30 1.73 5.14 4.61 4.61 1.87 3.70 0.89 2.39 0.67 0.22 2.42 19740.27 1.46 0.57 3.33 1.46 3.01 2.48 0.90 0.12 0.08 0.09 0.20 1.16 19750.50 1.03 4.42 5.52 13.40 2.00 0.48 1.84 0.54 1.56 3.17 0.29 2.90 19760.12 0.49 1.93 5.12 5.58 3.72 6

59、.69 1.23 0.62 2.02 1.19 0.19 2.41 19770.50 0.84 0.30 2.23 3.26 5.12 0.57 0.93 0.76 0.85 0.57 0.24 1.35 19780.43 0.32 1.88 2.21 8.10 2.50 0.41 2.19 0.38 0.10 0.14 0.09 1.56 19790.27 1.95 1.56 1.42 5.21 4.11 0.66 1.17 1.83 0.23 0.10 0.09 1.55 19800.16 1.61 2.23 5.42 4.11 0.24 0.26 0.43 0.36 0.74 0.09

60、0.08 1.31 19810.20 1.72 3.01 8.25 2.71 3.86 4.21 1.09 0.85 1.12 2.38 0.25 2.47 19820.15 2.91 1.96 4.80 3.26 3.13 0.31 2.89 2.38 0.65 3.11 1.59 2.26 19830.83 3.20 4.17 2.86 5.68 2.94 0.25 0.76 1.07 0.43 0.18 0.13 1.87 19840.20 1.00 1.10 4.96 5.74 3.01 0.26 1.16 1.85 0.72 0.20 0.28 1.71 表表 33 xx 河坝坝址逐